小開底駁船在窄樁間大棱體高樁碼頭拋石施工中的應用

周雯，褚鳳龍，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 工程概況

長興島公共港區1～3號通用泊位碼頭工程設計為梁板式高樁碼頭，長度786 m，碼頭平臺寬34.1 m，共分3個泊位，每個泊位分4個結構段。基礎為直徑1.2 m的鋼管樁，縱向共分84個排架，每排樁中心距為10.0 m（相鄰結構段樁中心距為5.5 m），樁頂現澆鋼筋混凝土樁帽，上部為安裝預制預應力梁和疊合板結構，其上為現澆面板和磨耗層，碼頭后方為大拋石棱體接岸結構，拋石量近40萬m3，拋石厚度15.3 m，后方回填開山石。接岸結構拋石棱體包括碎石棱體、50～100 kg護底塊石、10～100 kg棱體塊石、10～50 kg墊層塊石、50～100 kg護面塊石，總量約40萬m3。碼頭結構段標準斷面見圖1。

2 拋石施工重點、難點分析

1）本工程屬大棱體接岸拋石結構高樁碼頭，碼頭平臺后方直接拋石接岸。拋石量大，且樁間距小（最小樁間凈距4.3 m），樁間拋石施工時大型船舶無法作業，施工難度大。所以，確定合理的施工工藝、選擇適用拋石船舶、合理安排各施工工序的銜接是關鍵。

2）受大棱體拋石影響，樁位偏差很難控制。受潮位、碼頭設計標高及現場施工進度、工序的限制，沒有條件進行夾樁。所以，如何保證棱體拋石施工對樁位的影響是質量控制的關鍵。

圖1 碼頭標準斷面圖

3 小開底駁的設計和配備

3.1 施工船舶的比選

能進行狹小樁間的拋石施工，是船舶選擇的基本要求。主要按兩種拋石方式考慮：一是船舶無需進入樁間區域就可進行樁間的拋石施工；二是船舶可直接進出樁間區域進行拋石施工。

按第一種拋石方式考慮，擬計劃選用皮帶機拋石船和方駁反鏟拋石船，船可駐位于樁外側，進行樁間拋石施工。

對于第二種拋石方式，主要從兩方面考慮船型：一是船舶的外型尺寸，必須能自由進出樁間；二是拋石施工所需水域作業面要小，滿足在樁間作業。基于以上兩方面要求，借鑒了南方地區拋石施工經驗，擬計劃自行制造類似于當地海域養殖區漁民用的小型開底駁。

通過典型施工，第二種小型開底駁船較第一種具有較大的優越性：

1）形體較小，可自由穿梭于樁間，通過兩種底部開口形式的設計，無施工死角，拋填可覆蓋整個大棱體結構。

2）可完成粒徑小到碎石及大到200～300 kg大塊石的拋填，滿足本工程的需要。

3）機動性好，指定地點補拋方便，不同于其他大型拋石船涉及到駐位等繁瑣工序；同時在拋填施工過程中，開底駁船可在運動中完成下料，這是其他船舶無法相比的。

4）抗風能力在5級以上，也能夠滿足在0.5 m浪高下作業，抗風浪能力不比普通拋石方駁船差。

5）施工效率高。按總體施工計劃和節點工期要求，若選用開底駁施工，需配備9條，若選用皮帶機船或方駁反鏟拋石船施工，則需配備6條皮帶機船或9條方駁反鏟拋石船。對于整個施工水域而言，根本不可能滿足6條皮帶機拋石船（或9條方駁反鏟拋石船）同時作業，而完全可以滿足9條小開底駁船同時施工。

6）采用開底駁船施工在管理及施工控制上均較為容易。

7）船舶成本較低。

通過以上的比較可以看出，小開底駁適合并滿足拋石施工要求。

3.2 小型開底駁設計

設計外型尺寸為長8.0 m，寬3.45 m，型深1.35 m，倉體設計容量10 m3；船身主體采用10 mm厚鋼板制成，除開底部位外，船身（前后及兩側）為空氣倉結構。如圖2所示。開底方式為中間開底和一側開底兩種方式。在船艏、艉設置手動卷揚，控制倉底開關。

按倉體設計容量10 m3進行驗算：

開底駁浮力 ＝ρgV排＝1030 kg/m3×9.8 N/kg×25 m3=252.4 kN，船體自重為4800 kg，則：滿載石料重量＝船浮力－船自重＝252.4 kN－4800 kg×9.8 N/kg＝205.4 kN，石料堆積密度按1.65 t/m3考慮，則：滿載石料體積＝205.4×＝12.7 m3＞10 m3，開底駁滿足設計容量10 m3使用要求。

圖2 開底駁船平面圖（中間開底）

3.3 小型開底駁配備

通過效率分析可知，配備9條小開底駁可滿足施工工期要求。其中3條設計為一側開底，6條設計為中間開底。

中間開底形式駁船的優點：減少了開底的吃水深度，同時對于樁間及樁后沿棱體的拋填和補拋較一側開口施工更為方便。

一側開底形式駁船的優點：專為護樁拋填施工設計，一側下料使拋石更有針對性，便于使石料拋到指定的位置，不會出現施工死角。

4 小型開底駁拋石對樁偏位影響的跟蹤監測

本碼頭工程基礎為典型的軟土地基，樁基采用直徑1.2 m的鋼管樁，樁長一般在48～61 m。沉樁后，自由端長度達到16 m。為觀測拋石高差對樁偏位的影響，以便確定一套確實可行的施工工藝，特在典型施工階段，選擇了4根具有代表性的樁進行跟蹤監測。

跟蹤監測結果表明：

1）不論是直樁還是斜樁，當樁周邊拋石高差大于1.5 m時，就會引起樁的偏位，隨著拋石高差的加大，樁偏位大幅增大；

2）拋石高差對順向斜樁的偏差影響最為明顯，其次是直樁，最小是反向斜樁；

3）樁偏位后進行反向拋石糾偏效果不明顯，直樁的糾偏回位率接近40%，但可以明顯地判斷出，隨著拋石厚度的增加，糾偏回位率將越來越小。

因此本工程以順向斜樁的偏位為拋石控制的重點；反向拋石進行樁位糾偏的效果不理想，必須隨時進行樁位觀測，確保樁不發生異常偏位；拋石施工時，必須打水砣跟蹤監測拋石高差，控制樁周邊拋石高差在1.5 m以內。

5 拋石施工方法與控制

5.1 拋石分區的設置及作業流水

設計要求水上拋填棱體拋石須不少于3層，首層拋填高度不大于4.0 m，各層拋填間隔不少于15 d。根據現場實際情況，如果按照設計的分層和間隔時間要求，則工期無法保證。充分討論后提出了分3個區域拋填，間隔15 d的方案設想。拋石分區圖如圖3所示。

在拋石施工過程中，1、2區可同時施工，3區需在1、2區拋填完成15 d后方可再進行拋填施工。應嚴格控制各區域樁兩側拋石高差在1.5 m以內，合理控制分層厚度。

圖3 棱體拋石分區示意圖

縱斷面上自碼頭1號泊位北端向南開始拋填，拋填采用分層、分段進行，形成階梯形流水作業，把分層厚度控制在1.0～1.5 m范圍內；橫斷面上，也采用分層拋填，形成階梯形流水作業，分層厚度同樣是控制在1.0～1.5 m，如圖4和圖5。

5.2 護樁拋填

在每一層施工過程中必須先進行護樁拋填，保證樁周圍的拋石均勻同步達到分層標高后，再進行樁間及其他區域拋填，從而控制樁周圍拋石高差。采用一側開底的開底駁進行施工。拋石護樁示意圖如圖6所示。

5.3 樁間及樁后沿拋填

護樁拋填完畢后，小開底駁船到達樁區的指定地點進行拋填，起高的厚度要控制在1.0～1.5 m，按照階梯流水段進行施工。樁間拋石采用中間開底駁船施工。

5.4 船位控制

由于周圍有樁（樁帽），所以開底駁船定位較為容易控制。以樁帽為參照物，在其上做好標記，拋石人員在船上利用標尺標控制船位。

圖4 橫斷面拋填流水作業施工示意圖

圖5 縱斷面拋填流水作業施工示意圖

圖6 護樁拋填示意圖

5.5 石料下落擴散范圍及高點厚度控制

因施工區流速不大，經潛水檢查，單駁石料下落至平坦底面的擴散范圍不大，高點厚度平均為80 cm。據此，開底駁平面定位網格以船寬3.45 m為界，施工時間隔船位拋填，一排架內間隔拋滿后，再補拋中間船位。

5.6 施工工序

1）每流水段拋石施工前，應先進行護樁拋石，即用一側開底駁在樁周邊先拋石保護。

2）因相鄰結構段的樁排距最小（凈距僅4.3 m），所以相鄰結構段間拋石要安排在樁帽施工前進行。在樁帽施工完成后，再進行頂部－2.0 m以上部位的補拋施工。

3）充分考慮樁帽施工與拋石施工的干擾和交叉。在不影響樁帽施工的前提下，樁帽施工前、后均可進行拋石施工，工序可以穿插；在未進行樁帽施工的區域，拋石頂標高不能超過－2.0 m，為低潮位施工樁帽提供條件。

5.7 樁帽保護措施

開底駁船機動、靈活，可自由穿梭于樁間進行施工。為避免開底駁碰到鋼管樁樁頂防腐涂層或樁帽混凝土側面，在施工過程中主要采取以下4種方法來解決，取得了較好的效果。

1）加強施工人員的成品保護意識，提高施工人員的駕駛水平，保證嚴格按照操作方法施工。

2）使用廢舊輪胎對開底駁船四周進行維護，減少碰撞帶來的損壞。

3）合理安排工序，在施工過程中若風浪較大時，只進行樁區后沿棱體的拋填，不做樁間拋石。

4）夜間施工中，保證開底駁船上有充足的照明，同時在施工區域內每個樁（樁帽）周圍貼好警示反光膜，保證夜間施工的安全和不發生對樁（樁帽）的碰撞。

5.8 樁位觀測及相應措施

施工過程中，隨拋石進展及時對樁位進行觀測，根據樁偏位情況和趨勢，適時調整拋石順序和高差。

6 結語

1）在風力6級、浪高0.5 m以下的條件下，開底駁施工不受影響。

2）通過合理劃分拋石區域，保證拋石間隔時間，嚴格執行工藝紀律，在未采取夾樁措施并拋石分層厚度在1.0～1.5 m的前提下，保證了樁未發生異常偏位。實測結果中，拋石引起的樁位偏差大都在1.0～3.5 cm之內，極少部分樁偏位超過了3.5 cm，最大偏位為5.0 cm。

3）在小開底駁本身靈活、機動的基礎上，經過合理有效地施工組織，使接岸結構拋石施工平均效率高達5000 m3/工作日，遠遠超過了計劃施工效率，有效保證了節點工期要求。整個碼頭接岸結構大棱體拋石水上拋石工程量近40萬m3，只用9艘開底駁船就完成了全部水拋施工任務。施工船機成本比采用大型拋石船施工節省了近2/3。在保證施工質量、進度和安全的同時，也帶來了巨大的經濟效益。

施工實踐證明，小開底駁的設計、制造及在施工中的工藝策劃應用是成功的。

[1]JTJ291-98，高樁碼頭設計與施工規范[S].

[2]中交第一航務工程局.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1994.

[3]陳平，袁孟全.高樁碼頭位移原因分析及其預防措施[J].中國港灣建設，2006（6）.